3月23日是世界氣象日,今天我們介紹的科學家就是我國大氣科學家、教育家、中國科學院院士伍榮生。
伍榮生院士在大氣動力理論方面做出了系統且創新性的研究成果,特別對邊界層動力學與鋒生理論的發展做出了重要貢獻。他曾任國家教委大氣科學指導委員會主任、中國氣象學會理事長和中國氣象學會名譽理事長等。
結緣氣象,潛心科研
1933年,伍榮生出生於浙江。他在上小學時,抗日戰爭已經全面爆發。父母常與伍榮生談及"航空救國"的抱負——想要救國,就一定要掌握製造飛機的技術!
日本侵略者的飛機肆無忌憚地狂轟濫炸,年少的伍榮生恨不得自己駕駛著飛機向侵略者開炮,好將敵人趕出心愛的祖國。
在奔波逃難中,伍榮生完成了小、中學學業。為了早日為家庭減輕經濟壓力,他曾嘗試就讀水利專科學校,但因自身對水利專業缺乏興趣,最終決定再參加一次高考,希望能朝自己嚮往的航空專業努力。
天不遂人願,新中國成立初期的航空專業對考生的家庭出身要求十分嚴格,而伍榮生恰恰屬於"家庭出身不好"之列。當時作為南京大學氣象系主任的朱炳海教授考慮到航空和氣象的關係密切,就把一批考試成績較好,但家庭出身不好的學生,調劑至南京大學氣象系。
氣象學是伍榮生從未聽到過的學科,他帶著對專業的不瞭解,以及對個人理想不能實現的失落,走進了南京大學的校門。
因為院系調整,南京大學首次成立了氣候專業,這是當時國內高校率先設置的專業。伍榮生學習的專業方向是氣象與氣候。
氣象是指大氣的狀態和現象,如颳風、下雨等,是短期的;氣候是指在一定地區經過多年觀測所得到的全年天氣變化規律特徵,是長期的。伍榮生有意學習氣象方向,當時國家也急需氣象人才,他便開始專注學習氣象專業。
伍榮生一開始立志攻讀航空專業卻無可奈何被調劑,未能如願以償被航空專業錄取而產生的情緒,到了第二年才得到了克服與糾正。
產生這樣的態度轉變,主要是有兩點因素:
一方面是由於伍榮生慢慢地瞭解了氣象專業,逐漸培養起了對氣象專業的興趣。他發現氣象領域有很多高深的問題值得去研究,不僅僅是技術問題,還有很多科學理論等待探討。
而另一方面,在團組織的教育下,伍榮生逐步懂得了什麼是理想,他很快地端正與改造自己的世界觀和人生觀,希望能更好地為國家建設事業作出貢獻。
此外,南京大學氣象系積聚了一批優秀的師資,他們大多是原中央大學和金陵大學的教授,如朱炳海、石延漢、黃士松、徐爾灝等。他們不但科研成果出眾,而且對教學頗有造詣,使得青年的伍榮生對氣象學產生了莫大的興趣。
1956年,伍榮生與同班其餘十一名同學一起留在了南京大學氣象系,開始了他的教學與科研生涯。
1958年,伍榮生的第一篇文章《柵格法在系統預報上的應用》在《天氣月刊》上發表,這篇文章是關於怎麼用定量的方法來預報天氣變化。1959年,伍榮生陸續在《氣象學報》上發表了《變壓風假定下垂直運動計算方法》和《500mb形勢數值預告的一種方案》。
《天氣月刊》和《氣象學報》是當時國內比較知名的氣象學期刊,期刊論文質量也獲得了國外學術界的認可,一些國外文摘積極評論伍榮生的文章,部分文章還被翻譯出版了。他的科研工作還得到了葉篤正、顧正潮等海歸科學家的較高評價。
1956年到1965年間,伍榮生主要從事天氣診斷方法和大氣波動的研究。在對地形與波動及其穩定性問題的研究中,他首先提出了大地形的北坡有利於大氣擾動的發展及波動在北坡移動較快的結論,從理論上揭示了實際觀測中所發現的現象。而立之年的伍榮生,已有不少的科研成果為人知曉。
1970年,伍榮生和其他所有老師一樣下放到五七農場、溧陽農場勞動,但他從未放棄過學習和科研。他把以前的教學和科研工作再進行整理並投稿,這些文章後來也引起國外許多同行的重視。
1976年,伍榮生髮表了文革結束後的第一篇論文《低緯度風壓場變化的特點》,利用均勻流體的原始方程,考慮了柯氏參數隨緯度的變化討論了低緯度風壓場變化的特點。
文革後的伍榮生已過不惑之年,他恨不能把所有失去的時間都奪回來。為探索一系列理論數據,他幾近廢寢忘食,大部分時間泡在實驗室。
說起這段時光,伍榮生有些不好意思地說,"也許在某些人看來我的生活實在是太單調了"。然而,就在這"單調"的生活中,他發表論文數百篇,出版多部著作,多次獲得國家級、省級各類獎項。
走向國際,緊跟前沿
大氣動力學是用流體力學的方法研究大氣運動的學科,研究者們從分析地球大氣中的作用力入手,研究這些力和動力的關係,探索大氣運動的基本規律和機制。
伍榮生多年來一直致力於大氣動力學的理論研究,他密切注視國際研究的動向和趨勢,緊跟學科前沿領域。這樣的國際眼光與他的出國訪學經歷密不可分。
十年動亂,教學科研停止,拉大了當時我國同國外先進氣象科學技術的距離。為了彌補這個損失,儘快趕上世界先進水平,時任南京大學氣象繫系主任的黃士松先生根據中青年教師的特長,利用一切可能的條件,選派氣象系優秀的青年教師出國學習,吸收先進知識。
黃士松在訪問期間,向美國的教授介紹了伍榮生的科研工作,對方十分感興趣,表示希望邀請伍榮生到美國訪學。1981年,伍榮生進行英語口語集訓後,赴美國科羅拉多大學(University of Colorado)天體和地球物理系進行學術訪問。
回憶起第一次出國訪學的情景,伍榮生想到的不是踏上異國土地的激動,而是能夠專心做科研的喜悅:"(出國這段時間)我都在學校,沒有出去開會或者出去旅遊。我覺得這段時間應該充分利用,因為沒有其他閒事幹擾,可以專心搞科研。選好一個題目,大家經常在一起討論,討論一個題目可以發表幾篇文章。這些文章國外也引起很多重視,到現在為止經常引用這些文章,對我以後的發展也起很大的作用。"
從上世紀80年代開始,伍榮生出國訪學交流的頻次越來越多,這讓他受益匪淺。他說,與國外同行在學術上的交流學習拓寬了自己的學術領域。
在美國訪學的時間裡,伍榮生與美國著名的大氣科學家William Blumen教授建立了深厚的友誼。伍榮生與William Blumen對邊界層與邊界層對自由大氣的影響進行研究,將地轉動量的條件引用到邊界層中,發現在不同氣壓系統中Ekman螺線是不同的,並求出了在高壓系統和低壓系統中螺線的差異,這些差異會使邊界層頂部垂直運動產生變化,對高層大氣也有不同的影響。
這一成果發展和修正了當時一直沿用的Ekman螺線,完善和補充了大氣邊界層理論。
此外,伍榮生還在地轉動量與Ekman層的動力學研究、非線性Ekman動力學、地轉動量與斜壓波動不穩定,以及Ekam Pumping與斜壓不穩定等方面取得多項成果,為國內外許多學者的研究都提供了重要的參考依據。
在20世紀80年代,伍榮生意識到中小尺度災害性天氣系統將會逐漸成為人們關注的重點,中小尺度動力學將成為我國大氣科學中的一個重要研究方向,於是,他開始著手組建中尺度災害性天氣國家專業實驗室。
1989年,經國家科委和國家教委批准,中尺度災害性天氣國家專業實驗室成立。2000年,該實驗室被國家教育部評為重點實驗室,現在已成為我國專門從事中尺度災害性天氣研究的重要研究機構之一。
1999年,伍榮生被評為中國科學院院士。他在接受訪談時曾談到,自己能夠當選院士,是因為在天氣動力學方面的創新研究成果,別人走傳統的氣象觀測,而他是用計算的方法來尋找現象背後的原因,這點很有創新性。
在當選院士以後,伍榮生依舊保持謙遜的態度。
除了投身於科學研究以外,伍榮生在教學工作上也投入了大量的精力。
一次採訪中,伍榮生說:"老師首先要掌握好專業知識,並且要能夠跟上形勢,與時俱進;其次,要有一種為人師的責任感,要把不懂的學生教會。"他認為,教師的成果應該體現在學生身上,而不是體現在教師個人身上,更不是體現在論文和獲獎上。
在改革開放後,伍榮生先後為本科生、研究生講授了《動力氣象學》《大氣動力學》《大氣中的波動》《天氣分析與預報實驗》《微擾動理論及其應用》《大氣中的非線性波動》《現代天氣學原理》《現代大氣中的數學物理基礎》等多門課程。
通過多年教師生涯的經驗積累和總結,伍榮生編著了《動力氣象學》《大氣動力學》《現代天氣學原理》和《大氣科學中的數學物理問題》等教材。
伍榮生的教學是很有特色的。伍榮生的學生方娟提到,伍榮生給博士生上現代數學課程時,並不會講純粹的數學,例如說到最優化理論時,伍榮生會結合颱風移動路徑的耗能來介紹這個理論,或者說從最優化理論的角度出發,講何種移動路徑會使颱風移動耗能最小。伍榮生這樣有特色的結合讓知識淺顯易懂。
伍榮生招收學生的時候,會看重學生的基礎知識,還有數學、物理基礎,同時還會考慮學生的志趣是什麼,雙方是否合拍,研究方向是否相近。他在指導研究生的時候,會讓學生們看一些數學書、物理書。這也是因為伍榮生的數理基礎很好,如果學生不補充數理知識,就不能很好地跟上伍榮生的節奏。伍榮生指導的博士生談哲敏,他的論文《邊界層鋒面結構與動力學》獲得了2003年度全國優秀博士論文。
伍榮生的人格魅力與悉心教導也是師生情誼深厚的重要原因。他的學生韓瑛至今還記得這樣一件事。韓瑛寫畢業論文期間,伍榮生因病住院了。當韓瑛拿著畢業論文給伍榮生看時,伍榮生在病床上認真的對論文的每一章、每一節進行訂正。
1984年到1993年期間,伍榮生擔任南京大學氣象系的系主任。1986年,隨著前期學科籌建工作的進展和條件的成熟,氣象系更名為大氣科學系,建立了大氣環境專業(本科),還建立天氣動力學、氣候學、大氣物理學三個碩士點。
中國氣象學會是由高魯、蔣丙然、竺可楨等人共同發起,以謀求"氣象學術之進步與測候事業之發展"為宗旨。2002年到2006年間,伍榮生擔任中國氣象學會理事長,他以淵博的學識和辛勤的工作,對我國氣象學的發展作出了卓越的貢獻。
最近幾年,伍榮生由於年事已高,主要居家工作,但他仍舊關注著氣象學術界、大氣學院、南京大學和社會各界的發展情況。伍榮生這種永不停歇、不斷學習的精神,也感染著青年學子們,激勵後輩們不斷奮進前行。
顧佳燕,南京大學信息管理學院檔案學碩士生
謝琦琦,南京大學信息管理學院檔案學碩士生
黃芮雯,河海大學檔案館助理館員
參考文獻:
1. 伍榮生. 伍榮生文選[M]. 北京:氣象出版社, 2012.
2. 伍榮生院士科教人生六十年DVD,2014年2月
3. 《鋒生氣動渡崢嶸》,老科學家學術成長資料採集工程研究報告
4. 本文圖片來源於老科學家學術成長資料採集工程
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